DE866854C - Pneumatisches Mikrometer - Google Patents

Description

Es ist bekanntlich möglich, den Abstand d einer Ausflußdüse O von einer festen Fläche P dadurch zu messen, daß man, wie schematisch in Fig. ι wiedergegeben, ein gasförmiges Medium, wie z. B. Luft, durch den zwischen Ausflußdüse O und Fläche P gebildeten Spalt ausströmen läßt.

Für eine Ausfluß düse gegebener Form hängt dabei die Ausflußmenge des gasförmigen Mediums vom Druck, der oberhalb der Ausfluß düse herrscht, ίο von der Temperatur und dem Abstand d ab. Die bekannten pneumatischen Mikrometer benutzen, sei es direkt, sei es indirekt, diese Änderung der Ausflußmenge als Funktion der Entfernung der Fläche P von der Düse O, um d zu bestimmen.

Wirkungsweise und Eichung dieser Mikrometer hängen also wesentlich von dem Gesetz der Änderung der Ausflußmenge als Funktion des Abstandes d für einen gegebenen Druck und eine gegebene Temperatur des Mediums oberhalb der Ausflußdüse O ab.

Nun tritt aber häufig in der Industrie die Notwendigkeit ein, die Stärke eines sich bewegenden Metallbandes oder den Abstand zweier Flächen, z. B. den Innendurchmesser eines Zylinders oder auch den Durchmesser einer Welle, zu messen oder zu kontrollieren.

In diesen verschiedenen Fällen benutzt man mit Vorteil ein Mikrometer mit zwei sich gegenüber-

stehenden Ausfluß düsen, die man zu beiden Seiten des Objektes, dessen Stärke gemessen werden soll, anordnet. Wenn es nicht möglich ist, das Mikrometer auf dem Meßobjekt abzustützen, sei es, daß die Kontaktfläche des Mikrometers sich schnell abnutzen würde, sei es, daß die Genauigkeit der Messung darunter leiden würde, ordnet man die beiden Düsen auf den verschiedenen Seiten des Objektes so an, wie die Fig. 2 zeigt.

ίο Wenn eine Abnutzung nicht zu befürchten ist, kann man zwischen jeder Ausfluß düse und dem Meßobjekt Abstandskörper P₁ und P₂ von fester

Länge I₁ und I₂ einfügen, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

In allen Fällen, in denen man zwei sich gegenüberstehende Ausflußdüsen benutzt, ist die gesamte Ausflußmenge des Mediums durch beide Ausflußdüsen bestimmend für die Messung.

Nun ist aber die Änderung der Ausflußmenge des Mediums durch eine oder mehrere Düsen bei den pneumatischen Mikrometern bekannter Konstruktion nicht eine lineare Funktion des Abstandes d. Die Fig. 4 zeigt eindeutig den Funktionsverlauf q = f (d) bei einer Düse mit kreisförmigem Querschnitt, wie sie sich bei Mikrometern üblicher Konstruktion finden. Wegen dieser Tatsache ist eine genaue Messung mittels eines Mikrometers mit zwei sich gegenüberstehenden Ausflußdüsen praktisch nur dann möglich, wenn sich das Meß objekt genau in der Mitte zwischen den beiden Düsen befindet, d. h. wenn der Abstand d_± zwischen Düse O₁ und Objekt A gleich ist dem Abstand d₂ zwischen Düse O₂ und dem Meßobjekt (Fig. 2).

Diese Bedingung ist sehr schwierig zu erfüllen, so daß es solchen Messungen an Genauigkeit mangelt.

In der Tat sieht man, wenn man die Fig. 2 der Zeichnung betrachtet, daß der Abstand!) zwischen den beiden öffnungen O₁ und O₂ gleich der Stärke e des Meßobjektes A plus d_± und d₂ ist.

D = e + d₁ + d₂

Andererseits gilt für die Ausflußmenge des Mediums durch O₁

und für den Ausfluß durch O₀

2₂ = f(d₂).
Für die gesamte Ausflußmenge gilt dann

Q =2i + 92 = Ud₁) +f(d₂).

Damit die Lage des Objektes A zwischen den Düsen O₁ und O₂ ohne Einfluß auf die Genauigkeit der Messung bleibt, ist es notwendig, daß ^₁ eine lineare Funktion der Art

ii = f(di) ^aO₁ +b

und 22 = f (^2) = ad₂ + b wird.

Daraus ergibt sich dann
Q = a.(d_x + d₂) + 2 b:

In dem Fall, in dem die beiden Abstandsstücke zwischen den Düsen und dem Meß objekt angeordnet sind (Fig. 3), sind die vorhergehenden Überlegungen ebenfalls gültig, wenn der Bedingung, der Stärke e des Meßobjektes die konstante Summe I₁ + I₂ zuzuzählen, genügt wird. • Man sieht aus dem Vorstehenden, daß es von größtem Interesse wäre, wenn das Gesetz der Ausflußmenge des Mediums als Funktion des Abstandes d ein proportionales Gesetz wäre.

Die Erfindung hat ein pneumatisches Mikrometer zum Gegenstand, welches mit einer Ausströmeinrichtung für ein gasförmiges Medium mit wenigstens einer Düse besteht und die vorstehend angegebene Bedingung erfüllt.

Dieses Mikrometer unterscheidet sich von Mikrometern der bekannten Bauart dadurch, daß der Austrittsquerschnitt seiner Düse wenigstens einen langgestreckten Teil aufweist, dessen beide senkrecht aufeinanderstellende Hauptrichtungen Abmessungen aufweisen, deren Verhältnis verschieden von ι ist.

Fig. 5 und 6 der Zeichnung zeigen schematisch und beispielsweise einen derartigen Düsenquerschnitt.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt und Fig. 6 eine Draufsicht auf die Düse. Fig. 7 zeigt die Funktionsabhängigkeit q = f (d) für ein Mikrometer mit einer oder mehreren Düsen entsprechend den Fig. 5 und 6.
Die Fig. 8 bis 11 zeigen Abwandlungen. In bezug auf Fig. 5 und 6 sieht man, daß die Mündung O der Ausströmeinrichtung für das gasförmige Medium die Form eines Rechtecks hat, d.h. sie weist in ihren beiden senkrecht aufeinanderstellenden Hauptrichtungen Abmessungen eindeutig verschiedener Größenordnung auf. Die eine Seite 1 des Rechtecks ist groß im Vergleich zur anderen Seite 2, und das Verhältnis der Lange der Seite 1 zur Länge der'Seite 2 ist größer als 1.

Ausströmungsöffnungen der beschriebenen Art, nämlich in Form von Spalten, ergeben Änderungen der Ausflußmenge als Funktion des Abstandes der ' Düse von der Fläche P (Fig. 1), die genau linear sind (s. Fig. 7), insofern der Druck am Eintrittsort gleich oder größer als das Zweifache des Druckes am Austrittsort ist.

Wohlgemerkt kann man eine lineare Funktionsabhängigkeit der Ausflußmenge vom Abstand d auch no dann erreichen, wenn man Düsen O mit anderem als. rechteckigem Querschnitt benutzt, beispielsweise elliptischem, rauten- oder lanzettförmigem Querschnitt usw.

Weiterhin kann jede Düse O an Stelle einer einzigen Öffnung auch mehrere durch dünne Scheidewände voneinander getrennte Öffnungen aufweisen, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt. Jede öffnung kann rechteckigen, runden oder anderen Querschnitt haben, der Gesamtquerschnitt des Durchlasses solcher Düsen kann angenähert eine längliche Form besitzen. Jede Düse O könnte des weiteren auch aus mehreren öffnungen länglichen Querschnitts zusammengesetzt sein, die sternförmig zusammengesetzt sind, wie es in Fig. 10 und n dargestellt ist. Der Vorteil der Verwendung von Düsen mit

Querschnitten einer der vorbeschriebenen Formen ergibt sich klar aus dem Diagramm der Fig. 7. Wie aus dieser Darstellung für eine Düse mit rechteckigem Querschnitt zu ersehen ist, verhält sich die Ausflußmenge scharf proportional dem Abstand d, in einem Intervall, welches sich von 3 Mikron bis ¹Z₁O ^mm erstreckt, während bei Benutzung einer Düse mit rundem Querschnitt die Kurve des Diagramms erheblich von einer Geraden abweicht.

Wie Fig. 4 zeigt, ermöglicht die Verwendung einer Düse mit rundem Querschnitt nur eine angenäherte Proportionalität von q und von d, und zwar lediglich bei der Annäherung an ein Variationsintervall von d in der Größe von ¹Z₁₀₀ mm. Tatsächlich ist die Kurve nach Fig. 4 nur in einem Intervall dieser Größenordnung angenähert eine Gerade.

Wenn man Düsen mit rundem ■ Querschnitt benutzt, um eine Stärke e (Fig. 2) von ungefähr einem Mikron genau zu messen, ist das Intervall der meßbaren Verschiedenheiten von e mit dem gleichen Mikrometer nur ¹Z₁₀₀ mm (10 Mikron), während mit dem gleichen Mikrometer mit Düsen der erfindungsgemäßen Art das Intervall der meßbaren Verschiedenheiten von e mit der gleichen Genauigkeit 100—-2X3 = 94 Mikron, also mehr als neunmal größer ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Pneumatisches Mikrometer mit Ausströmvorrichtung für gasförmige Medien mit wenigstens einer Ausflußdüse (O), dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Ausflußdüse (O) wenigstens einen langgestreckten Teil aufweist, dessen beide aufeinander senkrecht stehenden Hauptrichtungen Abmessungen aufweisen, deren Verhältnis verschieden von 1 ist.

2. Mikrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußdüse (O) die allgemeine Form eines Rechtecks hat. 4c

3. Mikrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Quelle für das unter Druck stehende Medium aufweist, durch welche das Verhältnis der Drücke stromaufwärts und stromabwärts, in bezug auf die Ausflußdüse, mindestens gleich 2 gehalten werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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